基于操纵稳定性的EPS转向系统鲁棒控制策略研究.pdf

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1、第37卷第3期武汉科技大学学报Vo1．37．No．32014年6月JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnologyJun．2014基于操纵稳定性的EPS转向系统鲁棒控制策略研究翁敬良，严运兵(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉，430081)摘要：针对电动助力转向(EPS)系统存在传感器噪声、路面干扰、参数摄动等不确定性，以及对系统动态特性的要求，设计一种基于操纵稳定性的电流H。。鲁棒控制器。分别建立EPS转向系统及简化的二自由度整车动力学模型，以驾驶员路感良好、汽车操纵稳定性强及EPS系统鲁棒性优越为控制目标，构建系统的状态空间方程

2、和被控对象增广模型，并对EPS控制系统进行仿真。结果表明，所设计H。。鲁棒控制器不仅能够保证满意的路感、良好的操纵稳定性，而且可以有效抑制传感器噪声和路面干扰的影响，从而提高EPS系统的稳定鲁棒性。关键词：EPS系统；操纵稳定性；转向轻便性；路感；H鲁棒控制中图分类号：U461．1文献标志码：A文章编号：16743644(2014)03—0204—06新能源汽车具有电子化、轻量化、绿色环保等制方法在EPS的控制研究中取得了较大进展，但特性，已成为世界汽车发展的必然趋势。电动助大部分是针对EPS系统本身的控制及其稳定性力转向系统(ElectricPowerSteeringSystem，

3、的研究，目前还未见关于将EPS系统加载到整车EPS)作为新能源汽车研究方向之一，是继液压助系统中作为一个整体控制对象来研究的报道。为力转向系统后出现的一种新型动力转向系统，具此，本文针对装载EPS系统的车辆对转向轻便有轻型小巧、装配迅速、易于调整、噪声及废气污性、良好路感和整车操纵稳定性的综合要求，并考染小等优点。EPS系统在机械转向的基础上增虑到该控制系统是一个多输入多输出(MIMO)的加助力电机，通过电机提供转向时所需的辅助力多变量模型，提出将混合灵敏度方法运用矩，从而实现了汽车低速行驶时转向轻便和高速于EPS系统的控制策略，设计了H。。鲁棒控制行驶时路感优良的要求口]。但是，随

4、着对汽车性器，以期提高整个系统的鲁棒性和稳定性，增强系能要求的不断提高，汽车高速行驶时的操纵稳定统的抗干扰能力。性也备受重视。因此，EPS系统的鲁棒性研究得1EPS系统动力学模型到了广泛关注。ToshioKohno等将H。。控制理论应用到EPS控制系统；Parmar等利用线EPS系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、电动机和减速机构等部分性二次型调节器(LQR)和Kalman滤波技术设计了EPS系统控制器；吴文江等运用鲁棒控制理组成，如图1所示。为了分析问题方便，将电动助力转向系统模论当中的LMI(LinearMatrixInequalities)处理方法计算EP

5、S系统控制器；刘照等l_5运用混合灵型进行适当的简化，得到EPS系统的动力学模型如下：敏度设计方法设计了EPS系统鲁棒控制器；杨孝盒0等将电动助力转向系统当中电机电流的控制fJh0h+Bh0h—Th—T采用模糊神经网络PID控制方法进行控制；赵万JJ0+B0一T+T一T(1)忠等提出EPS系统混合H／H。。控制器，该控1l．．．TJ0+B0===T一制器综合了H。控制和H。。控制的优点。以上控收稿日期：2014—02—24基金项目：湖北省教育厅重点项目(D20121104)；现代汽车零部件技术湖北省重点实验室开放基金资助项目(2012-01)作者简介：翁敬良(1990一)，男，武汉科

6、技大学硕士生．E—mail：autoweng_wust@163．corn通讯作者：严运兵(1968一)，男，武汉科技大学教授，博士生导师．E—mail：yanyb@126．corn2014年第3期翁敬良，等：基于操纵稳定性的EPS转向系统鲁棒控制策略研究205其中，两个运动状态，则其动力学方程为：T===K(一0)(2)f(Kf+K)卢+(fKf—zK)叫一T一Kd(3)l“l式中：为方向盘转动惯量；J为等效到转向柱lKf一m(0+蚴)的转动惯量；‘，为助力电动机的转动惯量；B为l(1fK一lrK)+1(1~K一zK)(u一方向盘阻尼系数；B为转向机构和前轮的当量阻IzfKf一z尼系

7、数；B为助力电机的阻尼系数；T为方向盘式中：K、K分别为前后轮的侧偏刚度；z为车辆输入力矩；T为扭矩传感器测得的扭矩值；Ta为电动机经减速机构作用到转向轴的助力力矩；T质心到前轴的距离；z为车辆质心到后轴的距离；为等效到转向柱上的转向阻力矩；T为电动机∞为横摆角速度；m为汽车质量；J为汽车绕z电磁转矩；0、0。和分别为方向盘、转向轴和电轴的转动惯量。动机轴的转角；G为电动机到转向轴的传动比；在转向系统模型中，地面阻力矩等效到转向K为扭矩传感器的扭转刚度；K